三池水的深浅看得准吗.doc

三池水的深淺看得準嗎？一、 單元目標觀察水池模型(水族箱)，提出由斜上方看，會使池水的深度看起來似乎變淺了。分組設計實驗以證明由斜上方看，池水的深度會變淺的推論。以水中硬幣的水入錢出實驗，證實由斜上方看，慢慢加水可使池底看起來漸漸上浮。以雷射光實作由水底到空氣，在水面發生的折射現象，來解釋水入錢出的實驗，並藉此察覺戲水的安全問題。二、 教學時間9節，共360分鐘三、 單元簡介活動1 戲水的安全問題(1) 以有人將池水看淺了而發生危險之實例引入，再以水池模型(水族箱)進行觀察。研究他們是怎麼看的？(2) 提出由遠處水面上方看下去，會將池水看淺了的推論。活動2 怎麼看，池水看起來會變淺了呢？各組設計實驗，由斜上方看池中物，以證明池水看起來變淺了。活動3 水入錢出實作老師介紹的水入錢出實驗。再次證明由斜上方看，池底某定點因水而向上浮出。活動4 夜市撈金魚(1) 依據眼睛只能看到發光和反光的物體，設計雷射光的實驗。(2) 驗證光由水進入空氣時會折射。所以使水中物(魚)看起來上浮許多。(3) 由光的折射說明池水的視深比賽深要淺，所以戲水時須格外小心。彈性學習活動：由老師自由選擇，選擇項目可是是0項4項光折射的小遊戲，你做的出來嗎？1. 筷子斷了嗎？2.(1)從哪裡看，瓶中的硬幣會增加？(2)從哪裡看，瓶中的硬幣會消失？2. 水做的放大鏡教學活動編輯之教學原理分析相關概念結構1. 光是直線前進的。2. 眼睛只能看到發光和反光的東西。3. 物體的光或反射光向四面八方(立體空間)直線射出。4. 由斜上方看遠端的池水，池底看起來會上浮。5. 由斜上方看過去，池底某定點物體的位置看起來會向上浮起。6. 由斜上方看過去，池底某定點物體的反射光出水面時，會發生折射，並有一定的偏折芳項和偏折角度。7. 加水後眼睛原本看不見的池底物體，會因光的折射現象而能看到該物。8光由空氣進入水中也會發生折射，也有一定的偏折方向和偏折角度。9光以直交角進入新介質不曾發生折射;光以斜交角進入新介質會發生折射。10.由岸上看池水，它的水深看起來會變得比原來淺。11眼睛順著來光看回去，因為視線不轉彎又不偏折，故水中物看起來會上浮。相關概念結構與統整課程之分析經驗統整和知識統整: 上列這些概念整理出來，可用以檢核本單元的教學設計是否能將學生的舊經驗和新知識得到統整。也能藉此供學生作相關概念的精緻聯結，這就是所謂的經驗統整，也是知識統整。2社會統整: (1) 以池水的深淺看得準嗎?為研究議題，來探討光的折射現象，是由生活中學科學，由科學中學生活，因為它能關心我們的生活，注意戲水的安全視深淺於水深，尊重我們的生命。這是社會統整的意義之一。 (2)各概念的呈現，是由學生研究特定問題，經過思考、實驗、討論、辯證等社群建構的過程而達成的，這是社會統整的意義之二。思考的設計架構：1.編者由構思、編寫、試教、修正及多次的反覆研究，找出以怎麼看，池水看起來會變淺了呢？為研究問題，最能引出學生的觀察與推論;推論由斜上 方看過去池水看起來變淺了，不但可以據此推論再提出各式各樣的證明方法，並且它還能夠引出光必須以斜交角進入新介質，才會發生偏折的認知內容，以便日後去學習光在一定角度折射時，會產生彩虹的概念。2學生自行設計多種驗證方法，其結果如何解釋？是否能由學生擔負而非由老師灌輸？編者試將由學生的舊經驗光是直線前進的眼睛只能看到發光或是反光的東西引入，再由學生觀察以雷射光由水底到達空中的實驗，使學生看到光在水中直線前進，光出水面(到空氣中)時，會轉一個方向(折射)再育進，再據此解釋原來看不到的水底某物體，因上浮變成看得到了。 3分組實驗的方法，請詳見學習內容。 4至於水底上浮只看現象，不深究它的原理，是為了顧及學生的認知能力， 而不做虛像的圖解，此虛像圖解留待國中再去研究。思考階段 探究過程情 境 池水看起來比較淺，以致容易發生危險。問 題 這是怎麼一回事?他們是怎麼看的?推 論 以水池模型觀察後，指出由池水斜上方看，會感覺池底似乎會上浮。 由池水模型(斜上方看)加入實物再驗證： l.以尺插入水中，在水面下的部分看起來會縮短。設計驗證 2.用相同的二個物體，其一放在水中，其二放在水外(二者底部位置等高)，在水中的部分看起來會縮短。 3.調整觀察者的位置，使觀察者恰好看不見小盒中的硬幣;在加水之後，會看到硬幣向前向上浮起。解 釋 原來推論得證。設計驗證解 釋l依據眼睛只能看到發光或反光的物體，設計雷射光的實驗，探 索水中魚眼的反光如何到達岸邊觀測者的位置。2看到光的折射現象。光由水中斜斜的照到空中時，會折射。人由來光看回去，視線不轉彎，所以會將水深看淺了。創造思考教學設計1給予學生創造思考的表現機會: 由於選到了一個比較理想的研究問題他是怎麼看的?池水看起來會變淺了 ?學生由操作去研究這個問題，提出的大膽假設是由斜上方看下去(愈斜愈有效)，池水看起來變淺了。這個假設容易帶出學生的敏覺性、獨創性、流暢性、變通性、評鑑性和精密性的思考。這些思考特質在學生各自提出的實驗方法中會表現，也同時使學生學到人與自己、人與社會環境、人與自然環境的教育目標。2創造力的意義: 創造力是什麼，無法一言以蔽之。它可以指想像力，也可能是指發明能力，或擴散性、生產性的思考能力。創造力的特性可以從下列六方面來分析: (1) 敏覺性:是指在思考上具有特別的敏銳觀察力。(2) 獨創性:是指觀念或思考上的獨特、新穎、不尋常的特性。創造思考教學設計1給予學生創造思考的表現機會：由於選到了一個比較理想的研究問題他是怎麼看的?池水看起來會變淺了學生由操作去研究這個問題，提出的大膽假設是由斜上方看下去(愈斜愈有效)，池水看起來變淺了。這個假設容易帶出學生的敏覺性、獨創性、流暢性、變通性、評鑑性和精密性的思考。這些思考特質在學生各自提出的實驗方法中會表現，也同時使學生學到人與自己、人與社會環境、人與自然環境的教育目標。2創造力的意義: 創造力是什麼，無法一言以蔽之。它可以指想像力，也可能是指發明能力，或擴散性、生產性的思考能力。創造力的特性可以從下列六方面來分析: (1) 敏覺性:是指在思考上具有特別的敏銳觀察力。 (2) 獨創性:是指觀念或思考上的獨特、新穎、不尋常的特性。(3) 流暢性:這是指觀念或思考的流暢性，也是指對問題產生了多少中肯的觀念或解決方案的能力。 (4)變通性:這是變化思想方式，擴大思考範圍，產生不同類作品的能力。可分成自發性變通及適應性變通。 (5) 精密性:是指能在思考上的、觀念上精益求精、力求完美、更精緻更完備的特性。 (6)批判性:是指具有獨立思考，能夠分辨事物的能力。3.在本單元中，學生的表現符合這些能力的情況有很多，說明如下: (1) 敏覺性:在實驗一開始時，就有同學發現要在斜上方看，池底會變淺，而不能在正上方或正側面看。 (2)獨創性:在實驗中，各組同學想到解決問題的方法都不相同，做到了獨創性的能力。 (3)流暢性:(1)能將自己想出來的設計完整充分的表達。 (2) 對自己的設計在思路上能表現合理的解說。 (3) 注意聆聽和觀察各組的設計發表。若有不明白的可請發表者再講解。若有需要，也可以協助發表者解釋得更清楚，或代他說明。(4)變通性: (1) 例如有人用兩隻筆來比較，其一立於水中，其二立於水外就會有人換為兩雙手 (2) 再將兩隻筆改為一隻筆，但橫在透明水池的後方底部，筆的一半要透過水去看它，一半可由空氣看到它(5)精密性:各組設計的實驗方法不同時，就可比較何者比較精密，或是使人一目瞭然，或是比較好做 (6)批判性: (1) 有人提出由正上方看就會被其他同學批判他的思路不流暢，不然怎會推論是由斜上方看，而設計驗證的方法卻是由正上方看? (2) 有人提出實驗方法是要移動觀察者眼睛的位置，又同時移動物體在水中前後的位置，結果被批判，同時建議他一次移動一種來觀察。 (3) 各組提出的實驗方法可引導自組自評或由其他同學來批判其精密性流暢性並說理由。4以教學創新帶動學生的創造思考。 (1) 要使學生在思考能力上創新，教學者就該先設計出有創意的教學活動，來帶動學生的創造思考。本單元教學設計的創新請參看課文及教學指引之內容。 (2)在各小組發表實驗設計並操作給大家看的時候，老師只做引導或提示，不立即批判。(3)各組的設計除了示範講解，以供他人參考分享之外，對有些比較特殊的設計，可以要求學生再報告他的思路歷程，供大家學習。(3) 學生的創造思考，是指廣意的創思，所以對學生來說，是創新、與他人不同的思考即可，並非指可以獲得專利許可的創造思考。這是教育學中公認的、值得教導學生學習成長。一、本單元具有STS教學精神：茲以STS教育的本質來說明STS課程的功能和結構，如圖一。STS的教學須以學生為主體，要學生由日常生活的經驗去瞭解，並整合其目前所處或未來可能的社會環境、人為建構環境和自然環境，這樣建立的關係可由圖一中實線呈現的箭頭來表示。對於自然世界的研究，我們稱之為科學(Science)；對於人為建構世界的研究稱之為技術(Technology):而社會文化的領域(social milieu)稱之為社會(Society)。STS課程的功能則由圖一中虛線箭頭來表示，而該圖實線與虛線箭頭之間的相互協調作用，也就疊架出STS的教學結構(pedagogical structure)。一般STS課程希望達成STS三大科學教育目標之間平衡(Bybee，1985)，即在科學和技術上知識的習得，科學過程和技術的探究，以及科學、技術和社會之間的相互作用。自然環境而STS教學的內容應包括科學和技術的互動、科學和社會的互動。而STS教學內容分量的多寡，則可由只參考一點點STS的精神，一直到十分典型的STS內容，都可以接受。STS最有效的教學順序，可由社會或生活的領域開始，然後移至科技領域，再進入傳統科學。在這個初步的教學順序之後，可再度探訪技術領域，使學生重新檢視稍早對技術的認識，並應用剛剛才學習的科學內容，以此掌握科學和技術的更深層意義，並進一步去瞭解更加複雜的技術問題。最後，終止於社會和生活的領域。此時通常學生會提出自己對原來問題的見解，並做出決定。前述內容可以圖二來表示。在STS科學的教學中，一般會有6090的時間用在科學的領域之中。本單元的STS教學順序及說明：圖二 STS的教育順序1.由生活中常見的事情(溺水事件)引入。使學生對池水的深淺為什麼看不準作模型實作的觀察與研究。再對問題提出推論:由斜上方看，池水會看起變淺了！2因應推論而尋找探究的技術，以發展知識，學習者須主動設計實驗來證明上述推論。如各組設計在水池模型中加什麼來看?看什麼?怎麼看?用以證明自己的推論。並實作證明之。3透過助學教具、探究過程，以建構新知:由斜上方看，池底某定點會看成向外、向上的位移。4再回到技術層面的探討。再以雷射光實作水中某定點到岸上觀測點的光之行徑，使新知再加廣加深印象，並以實際